KR200155914Y1 - 적외선 가열장치의 균열 온도대 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은, 6㎛두께로 도금된 전기 아연도금강판을 20초간 가열시 온도에 따라 표면 색상이 변하는 것을 이용하여 적외선 가열장치 균열온도대를 측정하는 것을 특징으로 하는 적외선 가열장치의 균열 온도대 측정 장치에 관한 것이다.

본 고안은 일정 두께로 도금된 전기 아연 도금강판을 이용하여 적외선 가열장치에서 일정시간 가열후, 열처리하여 열처리 온도별로 제작되는 표준시험편;

상기 표준시험편이 부착되어 이동가능하도록 상부에는 지적이 부착되는 시편이동장치;

상기 시편이동장치의 표준시험편으로 빛을 투사하고, 상기 빛이 반사되는 것을 분석하여 수치적으로 상기 색상의 값을 산출하고, 이를 전기적인 신호로 송신하는 색차계; 및,

상기 색차계에서 제공된 전기적 신호를 수신하여 열처리 온도별로 제작된 표준색도표에 대입하고, 상기 색상신호를 온도값을 환산하는 색차 분석및 조정용 컴퓨터; 를 포함함을 특징으로 하는 적외선 가열장치의 균열 온도대 측정장치를 제공한다.

Description

적외선 가열장치의 균열 온도대 측정장치

제1도는 일반적인 적외선 가열장치의 구성도.

제2도는 본 고안에 따른 균열 온도대 측정장치에 사용되는 시험편의 개략도.

제3도는 본 고안에 따른 균열 온도대 측정장치의 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 균열온도대 측정장치 20 : 색차계

30 : 시편 이동장치 32 : 자석

40 : 색차분석및 조정용 컴퓨터 100 : 적외선 가열장치

110 : 시편홀더 120 : 석영유리관

130 : 적외선 램프 P : 시험편

본 고안은 각종 열처리 사용되는 적외선 가열장치의 균열온도대를 측정하는 장치에 관한것으로서, 보다 상세하게는, 6㎛두께로 도금된 전기 아연도금강판을 20초간 가열시 온도에 따라 표면 색상이 변하는 것을 이용하여 적외선 가열장치 균열온도대를 측정하는 것을 특징으로 하는 적외선 가열장치의 균열 온도대 측정 장치에 관한 것이다.

일반적으로 적외선 가열로는 빠른 가열속도와 온도변화의 자유로움 때문에 각종 실험장치의 가열장치로서 널리 쓰이고 있다. 제 1도는 적외선 가열장치(100)의 개략도로서 적외선 가열장치는 시험편(P)을 놓게 되는 시편 홀더(110), 시편(P)을 외부 대리고 부터 보호하는 석영 유리관(120), 가열장치인 적외선 램프(130)로 크게 나뉘게 된다. 이 중 적외선 램프(130)는 외부에서 공급되는 전기 에너지에 의해 가열되어져 시험편(P)을 가열하게 하는 가장 핵심적인 부분이다. 따라서 이 적외선 램프(130)는 시험편(P)의 부분적인 과다 가열 및 미 가열을 방지하기 위해 보통 3개의 적외선 램프(130)가 1세트로 구성되어 있다. 따라서, 각각의 램프(130)는 조금씩의 발열량의 차이를 가지게 되며 시간이 지남에 그 차이는 점차로 크게 나타나 50℃의 차이를 나타내는 경우도 있게 된다. 그러므로 수시로 각각의 적외선 램프(130)가 가열하는 부분의 온도를 측정하여 전기 공급량을 조절하지 않으면, 적외선 가열로내에서 불균일한 온도분포 가 나타나게 되고, 가열 시험시 시험편(P)이 균일한 가열을 받지 못함으로 인해 열처리 불량등이 발생하며, 특히, 정밀한 가열조건을 필요로 하는 합금화 열처리의 시험시, 합금화 열처리 불량을 나타내는 문제점이 발생하게 된다.

제 2도는 적외선 가열장치(100)의 일반적인 시험편(P)를 나타낸 것이다. 적외선 가열로의 온도분포를 정확히 측정하기 위하여서는 그림에 숫자로 표시된 9군데의 온도를 동시에 측정하여야 한다. 그러나, 종래에는 이러한 적외선 가열장치(100)내의 온도 분포를 측정하기 위해서 시험편(P)에 열전대(K)를 부착하여 온도를 측정한후 적외선 램프(130)의 발열량을 조절하였다. 그러나, 상기의 방법은 좁은 적외선 가열 장치(100)내에서 열전대(K)를 부착한 시편(P)을 삽입하여야 함으로 열전대(K)의 부착 개수가 1회 1개로 제한되어 9번의 반복작업이 필요하며 이로 인해 동시에 시험편(P)전반에 걸쳐 온도분포 측정이 어려워 상당히 균일한 온도분포를 가진 가열조건을 필요로 하는 합금화 열처리 시험 등을 위한 적외선 가열장치(100)의 온도분포 조절시, 적외선 가열로내의 전반적인 온도 분포를 확인하지 못하여 합금화 열처리를 하는 경우, 열처리 불량을 유발하는 문제점이 있다.

따라서, 열전대(K)를 이용하지 않고 적외선 가열장치(100)내의 균열온도대를 정확히 확인할 수 있다면 이를 이용 적외선 가열장치(100)의 발열량을 조절하여 적외선 가열장치(100)내의 균열 온도대의 온도 분포를 고르게 할수 있게 됨으로, 합금화 열처리 및 각종 열처리 시험시 적외선 가열장치(100)의 온도편차에 의한 열처리 불량을 방지할수 있는 것이다.

본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 그 목적은 온도에 따른 시험편의 색상 변화를 이용하여 시험편의 균열온도대를 정확하게 측정함으로서 열처리 시험시 적외선 가열로의 온도 편차에 의한 열처리 불량을 방지할 수 있도록 개선된 적외선 가열장치의 균열 온도대 측정장치를 제공함에 그 목적이 있다. 상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안은, 각종 열처리에 사용되는 적외선 가열장치의 균열 온도대를 측정하는 장치에 있어서, 일정 두께로 도금된 전기 아연 도금강판을 이용하여 적외선 가열장치에서 일정시간 가열후, 열처리하여 열처리 온도별로 제작되는 표준시험편;

상기 표준시험편이 부착되어 이동가능하도록 상부에는 지적이 부착되는 시편이동장치;

상기 시편이동장치의 표준시험편으로 빛을 투사하고, 상기 빛이 반사되는 것을 분석하여 수치적으로 상기 색상의 값을 산출하고, 이를 전기적인 신호로 송신하는 색차계; 및,

상기 색차계에서 제공된 전기적 신호를 수신하여 열처리 온도별로 제작된 표준색도표에 대입하고, 상기 색상신호를 온도값으로 환산하는 색차 분석 및 조정용 컴퓨터; 를 포함함을 특징으로 하는 적외선 가열장치의 균열 온도대 측정장치를 마련함에 의한다.

이하, 본 고안은 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.

제 3도에는 본 고안에 따른 적외선 가열장치(100)의 균열 온도대 측정장치(10)가 도시되어 있다. 상기 장치(10)는 크게 색차계(20), 시편 이동장치(30), 색차분석 및 조정용 컴퓨터(40) 및 온도분포측정용 시편(P)으로 구성되어 있다. 본 장치(20)를 간단히 설명하면 온도분포를 측정하기 위하여 적외선 가열로에서 열처리된 온도분포 측정용 시편(P)을 시편이동 장치(30)에 고정한다. 본 이동장치(30)는 상부가 자석(32)으로 제작되어 시편(P)을 간단히 고정할 수가 있다. 그후 온도분포 측정용 시편(P)을 시편이동장치(30)에 의해 제 2도에서 숫자로 표시된 위치로 이동시키면서 색차계(20)를 이용하여 색상을 측정하게 된다. 이러한 색차계(20)는 시편(P)에 한국공업규격에 의해 60˚ 각도로 빛을 입사한후 반사되어 나오는 빛의 값을 분석하여 3차원축에 나타내어 수치적으로 색상용 값을 나타낼 수가 있으며, 이를 한국 표준색도집을 이용하여 규격화 할수가 있다. 다음은 상기의 조작으로 측정된 색상을 전술한 바와같이 열처리 온도별로 제작된 표준 색도표에 대입하여 온도로 환산하는 작업이다. 이러한 환산 작업은 색차분석및 조정용 컴퓨터(40)에 의해 행해지게 된다.

이하, 본 고안의 작용 및 효과에 대해 설명한다.

본 고안에 의거 적외선 가열장치(100)의 균열온도대를 측정하기 위해서는 먼저 도금 두께가 6㎛이고, 전기 아연도금된 시험편(P)을 30×30㎜ 크기로 제작한 후 시험편(P)의 정확한 온도를 측정하기 위하여 표면에 열전대를 부착하여 적외선 가열장치에서 20초간 온도별로 열처리를 실시한다. 그러면, 열처리 온도의 증가에 따라 시험편의 색상이 점차로 변화하게 된다. 이러한 방법은 아연도금강판의 합금화 특성을 이용한 것으로 아연도금강판의 경우 300℃이상 가열시 소지강판의 철성분과 도금층의 아연이 상호확산 반응에 의해 아연-철의 금속간 화합물을 생성하게 되고 이러한 아연-철 금속간의 화합물은 가열온도가 높을수록 철의 함량이 증가하게 되고 철의 함량의 증가에 따라 표면의 색상이 어둡게 변하게 된다. 따라서, 온도에 따른 색상의 특성이 변화함으로 이러한 특성을 이용하면 적외선 가열로 내에서의 온도 분포를 정확히 측정할 수 있는 것이다.

다음에, 열처리 온도에 따라 색상이 변화된 시편의 색상을 수치화 하기 위하여 본 고안에 의한 장치를 이용하여 색상을 측정한후 그 색상을 한국 표준색도집에 의거 수치화 및 표준화하여 열처리 온도별 색도표를 작성한다.

이때, 열처리된 전기 아연도금강판의 색분석시 관찰자의 감각차에 따른 오차 발생을 방지하기 위하여 본 고안에 갖춰진 색차계(20)의 원리를 이용하는 것이다.

그리고, 다음은 실제 적외선 가열장치의 균열 온도대를 측정하기 위하여 적외선 가열장치(100)에서 열처리 된 시편(P)의 색상을 본 고안의 장치를 이용하여 색상을 측정 수치화 한후 온도별 표준 색도표에 의거 온도로 환산하여 균열 온도대를 확인하게 된다.

이하, 본 고안에서 수치 한정 이유에 대하여 상세히 설명한다.

본 고안에서 사용된 전기 아연도금강판은 도금두께가 6㎛ 으로 한정하였는데, 이는 도금두께가 6㎛ 이하일 경우 합금화 반응이 급속히 일어나게 됨으로 표면의 색상이 모두 어둡게 나타나게 되어 정확한 온도의 분포를 관찰할 수가 없게 되며, 도금두께가 6㎛이상의 경우에는 본 고안에 사용되는 전기 아연도금강판의 제조가 어려운 문제점이 있다. 따라서, 6㎛의 도금두께를 가지는 전기 아연도금강판을 사용하는 것이 바람직한 것이다.

또한, 본 고안에서 표준시험편의 가열시간을 20초로 한정하였는데, 이는 20초 이하일 경우 합금화 반응이 일어나지 않게 되어 색상변화를 관찰할 수가 없게 되며, 20초 이상일 경우 합금화 반응이 완전히 끝나 색상이 어둡게 되어 색상 변화를 관찰할 수가 없게 되는 문제점이 있기 때문이다.

이하 본 고안의 효과를 실험예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실험예 1]

표 1은 열처리 온도변화에 따른 전기아연도금강판의 색상 변화를 본 고안에 의해 한국표준색표집(공업진흥청/한국방송공사)을 이용 수치화 및 표준화한 것이다. 이 때의 열처리 조건 및 순서를 아래에 나타내었다. 온도별로 열처리가 끝난 시편은 본 고안의 장치에 의해 색상을 측정하여 색상의 값을 수치화하기 위하여 백색도(L)을 나타낸후 이값을 표준화하기 위하여 x, y좌표값으로 변환후 백색도(L) 값으로 수치화하고 한국표준색도집을 이용하여 표준화 하였다. 그 결과, 열처리 온도가 상승함에 따라 색상이 점차로 어두운 색상으로 변화하는 것을 알 수가 있다. 또한, 상기 표 1의 열처리 온도는 표면에 열전대를 부착하여 측정한 것으로 상당히 정확함을 알 수가 있다.

* 적외선 가열처리 및 시험편(P)조건 *

-적외선 열처리 시간 : 20초

-전기아연도금강판 두께 : 소금강판 두께 0.8㎜

도금층 두께 6㎛

-적외선 열처리 온도 : 300-660℃

* 표준시험편 및 열처리 온도에 따른 색도표 제작순서

표준시험편 제작 열처리→색상측정→색상의 수치화→색상의 표준화

[실험예 2]

표 2에는실제 전기 아연 도금강판을 이용하여 적외선 가열장치에서 열처리후 온도 분포를 측정한 결과를 나타낸 것으로서 본 고안에 의한 측정과 열전대에 의한 온도 측정값을 비교한 결과 본 고안의 측정 결과가 상당히 정확하게 나타남을 알수가 있으며, 열정대로서 측정이 불가능한 부위의 온도도 측정이 가능함을 알수 있다.

상술한 바와 같이 본고안의 균열온도대 측정장치에 의하면 종래의 적외선 가열장치 균열 온도대 측정 방법보다 더욱 간편하게 균열대를 측정할수 있으며, 또한 열전대에 의해서 온도측정이 불가능한 부분의 온도도 간편히 정확하게 측정할수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 각종 열처리에 사용되는 적외선 가열장치의 균열 온도대를 측정하는 장치에 있어서, 일정 두께로 도금된 전기 아연 도금강판을 이용하여 적외선 가열장치에서 일정시간 가열후, 열처리하여 열처리 온도별로 제작되는 표준시험편(P); 상기 표준시험편(P)이 부착되어 이동가능하도록 상부에는 지적(32)이 부착되는 시편이동장치(30); 상기 시편이동장치의 표준시험편(P)으로 빛을 투사하고, 상기 빛이 반사되는 것을 분석하여 수치적으로 상기 색상의 값을 산출하고, 이를 전기적인 신호로 송신하는 색차계(20); 및, 상기 색차계에서 제공된 전기적 신호를 수신하여 열처리 온도별로 제작된 표준색도표에 대입하고, 상기 색상신호를 온도 값으로 환산하는 색차 분석및 조정용 컴퓨터(40); 를 포함함을 특징으로 하는 적외선 가열장치의 균열온도대 측정장치